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欧盟公布量子技术2030年路线图,抢占未来十年
光子盒研究院出品
通过错误缓解方法增强NISQ处理机制,实现更深入的算法,朝着纠错的通用量子计算迈进; 增加量子比特的数量、密度和连通性。提高量子比特的质量,包括更好的相干时间和门保真度; 设计和实施新的架构,包括3D设置,以及新的组装技术; 进一步使量子计算机小型化和耐用化; 开发可组装和集成大型量子处理器的工业规模制造设施; 演示不同量子计算机之间的互连和信息交换。
根据量子处理器的发展,增加可以同时控制的量子比特的数量; 增加这些控制设备(用户接口、量子比特接口)的集成; 通过减少对非欧洲来源的材料和组件的依赖,减少交付周期和成本。
开发具有自动调度功能的量子编译器,将校准和量子纠错编码/解码例程纳入主要量子算法; 演示多个硬件控制后端的分布式编程能力; 标准化跨多种技术工作的中间表示框架; 开发基于API和编译器指令(pragma)的混合经典/量子软件堆栈。
将量子计算机与HPC超级计算机等经典计算系统集成; 提高欧洲量子硬件在云中的可用性。
使用量子算法和数据准备的参考实现构建用例集; 设计提供加速的新算法,特别是针对科学、技术和工业中的相关问题。针对每种新算法进行有关量子比特数、门数和估计运行时间的资源分析。 构建有助于开发和实施量子算法的软件,例如通过自动生成门序列。
提供与行业、学术界和欧洲初创企业的联系; 从量子计算解决方案供应商处采购产品和服务; 充当用户和量子算法开发人员之间的协作中心; 国家(和欧洲)HPC中心配备了集成的量子计算解决方案,并将其系统互连以实现分布式计算能力。
演示未来容错通用量子计算机的实用策略。 确定量子计算具有优势的算法和用例。 使用错误缓解方法增强NISQ处理机制,实现更深入的算法。 与芯片代工厂和其他硬件供应商(公共或工业)以及软件行业、现有公司和初创企业接洽。 在量子器件物理、量子比特和门控制、利用最优控制理论实现更快更强门、光子学、射频电子学、低温和超导电子学、系统工程、集成、器件封装等方面发起学术和工业研究贡献。 开发基于NISQ的系统、量子应用和算法理论、软件架构、编译器和库以及仿真工具的跨硬件基准测试。 在量子计算方面协调工业、代工厂和其他基础设施实体。 促进欧盟范围内与其他领域的联合行动,如材料科学、理论物理、低温物理、电气工程、数学、计算机科学和高性能计算。 针对标准机构(欧盟、国际)。
演示配备量子纠错和鲁棒量子比特的量子处理器,该处理器具有一组通用门,性能优于经典计算机。 演示具有量子优势的量子算法。 建立能够制造所需技术的代工厂,包括集成光子学、低温和超导电子技术。 支持已成立和新成立的仪器制造商和软件公司。 协调材料、量子器件物理、量子比特和门控制、量子存储器、光子学、射频低温和超导体电子、系统工程和器件封装方面的研究、开发和集成。 扩展的量子算法套件,用于软件和硬件不可知的基准测试,包括数字纠错系统,以及优化编译器和库。 演示自动系统控制和调整。 开发集成光学、低温和超导体电子(包括相干光电转换器)的集成工具链(设计到加工)和模块库。 与其他领域协调欧盟范围内的联合行动,如材料科学、理论和低温物理、电气工程、数学、计算机科学,以及越来越多的在潜在应用领域和行业(小型、中型和大型实体)工作的科学家。 针对标准机构(欧盟、国际)。 整合工业(中小企业和大型公司)和代工厂。 与欧盟基础设施、大型实验室和项目以及研究和技术组织(RTO)接触。
控制水平较高 较高的状态制备保真度 大型系统 在较低熵下的可编程性
在一系列任务的模拟中展示“量子优势”——这被视为一个重要的里程碑,但不是实际应用。 提高控制和可扩展性水平,进一步降低各种平台的熵。 开发量子经典混合架构,允许量子模拟器处理工业和研究创新相关的应用。 扩大和加强供应链以及关键使能技术的开发。 启动最有前途的量子模拟器的认证和基准测试。 开发软件解决方案,以配合量子模拟器的发展及其特定的应用重点。
与最终用户建立紧密联系,开发更多实际应用。 设计适合量子模拟器的错误纠正和缓解技术。 开发量子模拟器,提供更高程度的控制和可编程性。 在工业和量子模拟研究之间建立一座桥梁,用模拟范例的语言来翻译工业的问题。 为量子模拟器的认证和基准测试提供一般方法。
量子中继器:为了连接大陆距离上的许多用户,量子中继器可以用来通过光纤网络产生长距离的纠缠。 卫星:对于超长距离的骨干网,卫星可以用来在网络的不同点之间分配纠缠。 终端节点:连接到互联网的笔记本电脑和手机的量子类似物——需要能够执行应用程序,从而使终端用户能够使用量子互联网技术。
具有重要特性的光子源,包括非常严格的波长和带宽要求,以及纯度和效率规格。 光子探测技术需要在单光子系统和连续变量系统中进一步改进。 量子存储器和量子信息载体(光的量子态)与量子信息存储和处理设备(原子、离子、固态系统)之间的接口。
提高QKD解决方案的性能、密钥率和范围; 光子集成电路,具有用于量子通信的高效且成本有效的实验装置; 空间QKD原型有效载荷的部署; 至少有两个工业化的QKD系统在欧洲制造,主要基于欧洲供应链; 部署几个QKD城域网; 部署具有可信节点的大规模QKD网络; 运行和增强测量设备无关QKD,如双场QKD,里程为500公里或以上,没有中继器或可信节点; QKD的进展:测试、认证、证明和可用性条件(如实验室)以确保在光学层面上对侧信道攻击的鲁棒性; 开发联合QKD和PQC的解决方案。
几家以可持续商业模式销售QKD服务的电信公司;
展示量子信道在其他密码应用中的用途,如私人数据挖掘、安全多方计算、长期安全存储、不可伪造密码系统; 将可靠、小型和廉价的量子随机数发生器集成到经典和量子通信系统中;
实验室外的大规模通信和纠缠分发系统,包括网络管理软件;
量子存储器、处理节点等量子互联网子系统的开发。
电信波长和完全独立节点上的功能基本量子中继器链路的演示。
为量子互联网设计新的应用协议、试点用例、软件和网络堆栈。
QKD与传统通信解决方案共存,包括多路复用,允许一个光信道用于多种服务(量子和经典)。
QKD系统的低成本开发、维护和功耗;
由于市场需求增加,QKD解决方案的规模扩大;
用于密钥分发的小型可插拔(SFP) QKD发射器/接收器对;
对于独立的发射器和接收器(没有物理安全性),QKD系统对侧信道攻击具有鲁棒性,包括功耗和热噪声;
将测量设备无关QKD作为工业产品远距离部署;
部署连接欧洲主要城市网络的QKD网络“骨干”;
由至少一个国家安全机构认证量子安全的安全性,包括可能与PQC结合的QKD;
通用插件的SFP服务和软件的认证;
成熟的量子通信基础设施,供组织和公民普遍使用;
天基量子通信基础设施;
支持基本量子互联网应用的多节点量子网络;
在网络中静态和传输中的量子比特之间部署可靠的接口;
扩展通信距离的可靠工业级量子存储器和量子中继器演示。
使用量子中继器的长距离光纤骨干能够连接数百公里以外的城域网。
通过包括量子中继器的量子网络将高级量子网络应用集成到经典网络基础设施(即编排平台)中。
开发技术,以实现对所有相关量子自由度的完全控制,并保护它们免受环境噪声和恶意干预。
识别在噪声环境中表现优于不相关系统的相关量子态,以及可靠地制备它们的方法。
利用跨学科的专业知识,并与其他领域合作,如信号处理,以进一步提高传感器灵敏度和分辨率的极限,并实施最佳控制协议、统计技术(例如贝叶斯)和机器学习算法。
俘获离子 超冷原子 温热的原子蒸汽 纳米和微机械振荡器、光机系统 超导和半导体纳米电路 固态中的量子点和自旋缺陷等人工系统 固态基质中的稀土离子 涉及光的非经典态的全光学装置
由公司支持的关键使能技术和材料的发展,从分拆公司到大型公司,以及建立可靠、高效的供应链,包括首次标准化和校准工作。 芯片集成光子学、电子学和原子学、小型化激光器、阱、真空系统、调制器和变频器的开发。使用纳米制造、功能化和表面化学修饰的材料工程,例如用于生物传感;超纯材料(如金刚石、SiC)、掺杂纳米颗粒、色心的合成。 建立新传感器技术的标准化、校准和可追溯性。
应用范围扩大的紧凑型电量子标准的原型。
便携式光学钟的原型及其远距离比较,以及在统计和系统不确定性方面超过现有(经典)设备的原子重力仪和陀螺仪。
基于人造原子(如色心、量子点)或量子光机械和电子系统的便携式电场、磁场、射频场、温度和压力传感器原型。
量子增强、超分辨率和/或亚散粒噪声显微镜、光谱和干涉测量以及量子激光雷达和雷达的桌面原型。
工程量子态(如纠缠态)在现实世界应用中的实际用途的实验室演示,由现实世界噪声情景的理论建模和抗噪声量子态和算法的识别支持,例如通过采用机器学习算法、贝叶斯推理和量子纠错进行传感。
使能技术和材料工程不断发展,以提高技术就绪水平并向市场推广量子传感器。
在仪器中集成用于自校准的量子测量标准。
在代工厂建立关键技术的定制流程,为更多的研究人员和公司提供创新机会。
基于用于生物医学应用的功能化材料或用于感应电场和磁场的集成原子芯片,制造光学和电子集成芯片实验室平台。
量子增强测量和成像设备、纠缠时钟、惯性传感器和量子光机传感设备的实验室原型。
商业产品,如改进磁共振成像的磁力计、量子增强型超分辨率和/或亚散粒噪声显微镜、高性能光学时钟和原子干涉仪、量子雷达和激光雷达。
开发量子传感器网络以及星载量子增强型传感器,包括光学时钟、原子和光学惯性传感器。